ПРОТОТИПУВАННЯ ПОРТАТИВНОГО ПРИЛАДУ ДЛЯ ВИМІРЮВАННЯ КУТА ПОПЕРЕЧНОГО НАХИЛУ ЛІСОВОЗНОГО АВТОМОБІЛЯ ПІД ЧАС РУХУ - Научное сообщество
Главная
UA PL EN

Вас приветствует Интернет конференция!

Приветствуйем на нашем сайте

Рік заснування видання - 2011

ПРОТОТИПУВАННЯ ПОРТАТИВНОГО ПРИЛАДУ ДЛЯ ВИМІРЮВАННЯ КУТА ПОПЕРЕЧНОГО НАХИЛУ ЛІСОВОЗНОГО АВТОМОБІЛЯ ПІД ЧАС РУХУ

20.01.2026 18:41

[3. Nauki techniczne]

Автор: Шевченко Наталія Василівна, кандидат технічних наук, доцент, завідувач кафедри лісових машин і автомобільного транспорту, Національний лісотехнічний університет України, м. Львів; Бляшинець Юрій Іванович, аспірант, кафедра лісових машин і автомобільного транспорту, Національний лісотехнічний університет України, м. Львів; Онишко Петро Романович, аспірант, кафедри лісових машин і автомобільного транспорту, Національний лісотехнічний університет України, м. Львів, Україна


ORCID: 0000-0002-4004-891X Шевченко Н.В.

ORCID: 0009-0008-4865-7163 Бляшинець Ю.І.

ORCID: 0009-0002-5867-5230 Онишко П.Р.

Лісовозні автомобілі характеризуються низкою унікальних факторів, що підвищують імовірність перекидання [1, 6]. По-перше, це конструктивно високий центр мас, зумовлений необхідністю транспортування об'ємного вантажу. По-друге, вантаж є динамічним і схильним до зміщення під час руху, особливо на нерівній місцевості або в поворотах, що постійно змінює динамічні характеристики автомобіля. По-третє, умови експлуатації — неасфальтовані лісові дороги, круті схили, повороти з недостатнім поперечним ухилом — створює умови, за яких ризик втрати стійкості є надзвичайно високим. Критичне значення має взаємозв'язок між швидкістю руху та радіусом повороту, недооцінка якого часто призводить до аварій.

Значна частина автопарку, задіяного в лісозаготівлі в Україні, складається із застарілих моделей автомобілів, не оснащених сучасними інтегрованими системами контролю стійкості. Висока вартість та технічна складність модернізації роблять дооснащення таких машин недоцільним. Як наслідок, утворюється критичний розрив у забезпеченні безпеки, де водії найуразливіших транспортних засобів залишаються без будь-яких інструментів для об'єктивної оцінки ризику в реальному часі. Проблема полягає у відсутності доступного, портативного та ефективного пристрою, здатного надавати водієві миттєвий зворотній зв'язок щодо стійкості та реєструвати дані для подальшого аналізу. 

Основою будь-якої системи контролю стійкості є набір сенсорів, що забезпечують точні дані про динамічний стан автомобіля. Ключову роль відіграють інерціальні вимірювальні блоки (Inertial Measurement Units, IMU), які об'єднують тривісні акселерометри та гіроскопи. Ці пристрої дозволяють вимірювати критичні параметри, такі як поперечне прискорення, кут та кутова швидкість крену, які є основними індикаторами наближення до межі перекидання. У науковій літературі описано різноманітні критерії та алгоритми для раннього виявлення ризику, що базуються на моніторингу поперечного прискорення, а також на аналізі різниці у швидкості ковзання коліс для прогнозування відриву шини від дорожнього покриття [2]. Для підвищення надійності та точності оцінки стану автомобіля застосовуються методи сенсорного злиття, що поєднують дані з різних джерел, наприклад, IMU та GPS, для отримання більш стійкої та достовірної інформації. 

Систематичний аналіз існуючих досліджень та технологій дозволяє чітко ідентифікувати незаповнену нішу. Наукова література детально описує складні, активні та інтегровані системи, які є стандартом для нових транспортних засобів [4, 5]. Водночас практично відсутні дослідження, присвячені розробці пасивних, дорадчих, бюджетних та портативних систем, спеціально адаптованих для умов експлуатації лісовозного транспорту та орієнтованих на модернізацію застарілого автопарку. Існуючі рішення спрямовані на запобігання перекиданню через автоматичне втручання в керування автомобілем [3]. Натомість дане дослідження фокусується на альтернативному, але не менш важливому підході: запобіганні аваріям через підвищення ситуаційної обізнаності водія та збір даних для аналізу ризиків. Таким чином, пропонований пристрій заповнює існуючий технологічний та економічний розрив, пропонуючи рішення для сегмента, який наразі залишається поза увагою розробників передових систем безпеки.

Метою даного дослідження є проєктування, створення прототипу та валідація портативного, бюджетного пристрою для моніторингу та реєстрації кута нахилу лісовозного автомобіля в реальному часі. Система покликана підвищити операційну безпеку шляхом надання водієві негайних звукових та візуальних попереджень при наближенні до критичних порогів стійкості, а також одночасної реєстрації геопросторових даних для подальшого аналізу ділянок доріг з підвищеним ризиком.

Вибір апаратної бази для прототипу ґрунтувався на ключових вимогах проєкту: низька вартість, доступність компонентів, енергоефективність та можливість швидкого прототипування. Було обрано централізовану архітектуру, де мікроконтролер координує роботу всіх сенсорів та периферійних пристроїв. Такий підхід забезпечує оптимальний розподіл потоків даних та мінімізує затримки в обробці. Архітектуру пристрою показано  на рисунку 1.

 

Рис. 1. Архітектура системи: 1 – мікроконтролер, 2 - IMU-сенсор, 3 - GPS-модуль, 4 - зберігання даних,  5 -  інтерфейс користувача, 6 - система оповіщення, 7 -  джерело живлення, 8  -  візуалізація даних.

Функціонування пристрою реалізовано у вигляді безперервного циклу, що охоплює кілька ключових етапів.

1. Під час увімкнення живлення система ініціалізує всі апаратні модулі: IMU-сенсор, GPS-модуль, дисплей та карту пам'яті.

2. На початковому етапі водій через сенсорний екран вводить вихідні параметри, такі як об'єм вантажу та тип дорожнього покриття. На основі цих даних система розраховує початкові порогові значення для попереджувальної (жовта зона) та аварійної (червона зона) сигналізації. 

3. В основному циклі програми мікроконтролер з високою частотою опитує сенсор MPU-6050, отримуючи сирі дані від акселерометра, гіроскопа, а такожвід GPS-модуля для отримання координат та часу. 

4. Обчислений кут нахилу безперервно порівнюється із заданими порогами. Інформація виводиться на дисплей з кольоровою індикацією. При перевищенні порогу червоної зони система одночасно активує візуальне повідомлення на екрані та вмикає звуковий сигнал. 

5. Із фіксованим інтервалом система формує запис, що містить часову мітку, географічні координати швидкість, руху та обчислений кут нахилу. 

Хоча надання попереджень у реальному часі є основною функцією пристрою, його справжня цінність розкривається через аналіз зібраних даних. Для візуалізації та аналізу геопросторових логів було обрано веб-платформу kepler.gl. Цей вибір обґрунтований її ключовими перевагами: здатністю обробляти великі масиви даних безпосередньо з CSV-файлів, високопродуктивною візуалізацією та відкритим вихідним кодом, що відповідає бюджетному характеру проєкту. 

Цей функціонал перетворює пристрій із простого індивідуального засобу безпеки на потужний інструмент для системного управління ризиками. Агрегація даних з кількох поїздок або від усього автопарку дозволяє виявити системні проблеми в дорожній інфраструктурі. Наприклад, якщо на певній ділянці лісової дороги постійно фіксуються небезпечні нахили у різних автомобілів, це є об'єктивним свідченням дефекту самої дороги (неправильний профіль, недостатній поперечний ухил). Такі емпіричні дані можуть слугувати вагомим аргументом для обґрунтування витрат на ремонт чи реконструкцію дороги, введення локальних обмежень швидкості або зміни маршрутів руху. Таким чином, відбувається перехід від реактивного реагування на небезпеку (попередження водія) до проактивного усунення її першопричин, що є значно ефективнішою стратегією підвищення безпеки в довгостроковій перспективі.

Для емпіричної валідації розробленого пристрою та підтвердження його практичної придатності проведено серію польових випробувань в реальних умовах експлуатації сортиментовозів у Бібрському лісництві Львівського надлісництва Філії “Карпатський лісовий офіс” ДП «Ліси України» (див. рис.2).




Рис. 2.  Фрагмент маршруту вивезення деревини в Бібрському лісництві та візуалізація пристроєм даних маршруту за допомогою сервісу kepler.gl

Висновки

У ході даного дослідження було успішно продемонстровано технічну можливість та практичну доцільність створення бюджетного портативного пристрою для моніторингу стійкості лісовозних автомобілів. Розроблений прототип, побудований на основі доступних мікроелектронних компонентів, ефективно вирішує поставлені завдання.

Ключовою перевагою запропонованої системи є її подвійна функціональність. З одного боку, вона слугує як дорадча система для водія, надаючи миттєві попередження про небезпечний нахил, що дозволяє вчасно скоригувати швидкість або траєкторію руху. З іншого боку, функція геопросторової реєстрації даних перетворює пристрій на інструмент для системного аналізу ризиків, дозволяючи виявляти небезпечні ділянки дорожньої мережі для подальшого впровадження превентивних заходів. Отже, запропоноване рішення є доступним, ефективним та масштабованим інструментом для підвищення безпеки лісотранспортних операцій.

Література:

1. Библюк Н. І., Герис М. І., Бойко М. М., Щупак А. Л., Шевченко Н. В. Лісотранспортні засоби: конструкція і розрахунок. Частина 1. Загальне компонування. Спеціальне обладнання. Навчальний посібник – Львів: РВВ НЛТУ України, 2013. – 400 с.

2. National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA). (2012). Federal Motor Vehicle Safety Standards; Electronic Stability Control Systems for Heavy Vehicles. Federal Register, 77(99), 30796-30873.

3. Palkovics, L., et al. (1998). Roll-Over Prevention System for Commercial Vehicles. SAE Technical Paper 982782.

4. Petersen, E., et al. (1998). Vehicle Stability Control for Trucks and Buses. SAE Technical Paper 982782.

5. Wang, J. S. (2011). Effectiveness Estimation for Electronic Stability Control (ESC) and Roll Stability Control (RSC) Systems for Heavy Trucks. (Report No. DOT HS 811 433). Washington, DC: National Highway Traffic Safety Administration.

6. Winkler, C. B. (1998). The mechanics of roll-over for logging trucks. New Zealand Journal of Forestry Science, 28(2), 234-245.



Creative Commons Attribution Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
допомога Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter

Другие научные работы даной секции

Конференции

Konferencje 2026

Konferencje 2025

Konferencje 2024

Konferencje 2023

Konferencje 2022

Konferencje 2021



Міжнародна інтернет-конференція з економіки, інформаційних систем і технологій, психології та педагогіки

Наукова спільнота - інтернет конференції

:: LEX-LINE :: Юридична лінія

Інформаційне суспільство: технологічні, економічні та технічні аспекти становлення